İsrail Teknoloji Enstitüsü’nden fizikçiler yapay karadelik üzerinden Hawking Işıması’nı deneysel olarak incelediler. Öncelikle Hawking Işıması’nın ne olduğunu tanımlayalım ve sonra bu deney hakkında bilgi vereceğim.
Hawking Işıması Nedir?
Hawking Işıması İngiliz fizikçi Stephen Hawking’in 1974 yılında karadeliklerin termal özelliklerini açıkladığı teorik buluştur. Hawking bir takım kuantum etkilerini dikkate alarak karadeliklerin ışıma yapması gerektiğini savunmuştur.
Klasik fizik yasalarına göre karadeliklerin yüksek çekim gücü sayesinde tüm madde ve enerjiyi yuttuğu kabul edilir. Ancak Hawking böyle düşünmemektedir. Hawking’in teorisine göre karadeliklerin girişine ve çıkışına yakın yerlerde, uzay boşluğunda enerji dalgalanmaları oluşur. Bu dalgalanma, oluşan parçacıkları parçacık-karşıt parçacık çiftlerine (nötrino-antinötrino kutupları gibi) ayırır. Bu parçacık çiftleri normalde birleştiklerinde birbirini yok edebilirken, karadelik bazen parçacıklardan bir tanesini çeker, diğer parçacık ise alandan uzaklaşır. İşte bu da karadeliğin yaydığı Hawking Işıması’nın bu parçacıklar aracılığıyla gözlemlenebilmesini sağlar.
source: https://www.ualberta.ca/~pogosyan/teaching/ASTRO_122/lect20/lecture20.html
Karadeliklerin Etkilerini Gözlemleyebilmek İçin Işık Parçacıklarını Taklit Eden Ses Dalgaları Kullanılıyor
Bilim adamları yakın zamankinden daha fazla Hawking Işıması yayan bir karadeliğin laboratuvar ölçekli taklidini oluşturmak için çalıştıklarında, parçacıkların kuantum mekaniksel etkileri nedeniyle karadelikten kaçacağı öngörülüyordu. Karadelik taklidi, ultra soğuk bir sıvı kullanarak ses dalgalarının yakalanması ile oluşturuldu. Bu akışkan madde ya da bu tür maddeler kullanılarak ‘Karadelik Bilgi Paradoksu’ da denilen, bir karadeliğin içine giren bilginin sonsuza dek kaybolup kaybolmayacağı problemine ışık tutulabilir.
Fizikçi Stephen Hawking 40 yıl önce kozmolojistlerin öne sürdüğü karadeliklerin tamamen siyah olduğu fikrine bir takım fiziksel hesaplamalar yaparak karşı çıktı. Hawking’e göre bir miktar radyasyonun karadeliğin çekim alanından kaçabilmesi mümkün olacaktı. Aynı zamanda radyasyonla birlikte kodlanmamış bilginin de kaçmasının mümkün olabileceğini öne sürdü.
Hawking Işıması Kuantum Teorisi’nin temellerine dayanmaktadır. Enerji kısa zamanda büyük dalgalanmalar şeklinde oluşabilir. Bu, uzay boşluğu diye adlandırdığımız alanın aslında boş olmadığı ve parçacıkların onların antimadde eşdeğerleri ile yerini aldığı anlamına gelmektedir. Parçacık-antiparçacık çiftleri sürekli birbirini yok eder ve tekrar oluştururlar. Ama parçacık çiftleri olay ufkunun yakınlarındayken çekim kuvveti çok güçlü ve uzay zamanın yapısını değiştiren bir karadeliğin sınırı ile evrenin geri kalan kısmı arasında özel bir durum oluşur. Parçacık ve antiparçacık çiftlerinden biri olay ufkunun en yakınına düşerken, diğeri kara deliğin içine doğru çekilir.
Hawking Işıması, Genel Görelilik ve Kuantum Teorisi’ni birleştirme girişiminin bir sonucudur. Kurtulan parçacıkların ve karadeliğin yaydığı ışımanın gözlenmesi henüz fizikte çok yeni bir gelişmedir. Hawking Teorisi’ni test etmenin bir başka yolu da laboratuvarda bu olay ufkunu simüle etmek olacaktır. Bu amaçla Hayfa’daki İsrail Teknoloji Enstitüsü’nden fizikçi Jeff Steinhauer, mutlak sıfırın altında 1 milyon kez soğutulmuş rubidyum atomu kristallerini kullanmıştır. Bu tür sıcaklıklarda atomlar sıkıca paketlenmiş tek bir sıvı kuantum nesnesi gibi davranır ve böylece kolay kontrol edilebilirler. Bu sıcaklık aynı zamanda Bose-Einstein yoğunluğu (yoğunlaştırılmış madde olarak bilinen sıvı) olarak bilinir ve kuantum hareketlerinden kaynaklanan ses dalgalarının geçişi için elverişli bir ortam oluşturur.
Steinhauer, lazer ışınını kullanarak, ses hızından daha hızlı akması için sıvıyı kontrol eder. Güçlü bir su akışıyla mücadele eden yüzücü gibi, sıvının yönüne karşı hareket eden ses dalgaları oluşturur. Bir bakıma tuzak halini alır. Yoğunlaşma dolayısıyla yerçekimsel olay ufkuna karşı bir direnme oluşur.
Ses dalgaları çiftleri laboratuvarda laboratuvar vakumunun içine ya da dışına doğru çekilerek, bir madde-antimadde çiftini taklit eder. Bu birbirinden ayrılan eş parçacıklar olay ufkunda Hawking Işıması meydana getirirler. Hawking Işıması’nın ölçülebilir aşamaya gelmesi için daha fazla ses dalgası çifti yaratmak ve onları teker teker tespit etmek gerekir.
Steinhauer, beş yıl boyunca bu laboratuvar modeliyle gerçeğe yakın sonuçlar aldıysa da bazı araştırmacılar hala net sonuçlar vermediğini savundular. Steinhauer Modeli’nin açıklamasında, ışımanın sadece bir frekansına imkan verdiği, farklı frekanslarda onun Hawking Işıması yapıp yapmadığı konusunda tahmin yürütemediği için gerçek Hawking Işıması olmadığı öne sürülmektedir.
Steinhauer şimdi sonik (sesle ilgili) radyasyon oranını yükseltmek zorunda kalmadan kendi yapay karadelik çalışmasını geliştirmek için çalışıyor. Bu ona ‘Bilgi Paradoksu’nu Hawking Işıması ile açıklama konusunda yardımcı ve yol gösterici olabilir. Ayrıca fizikçilerin uzun bir süreden beri uğraştıkları, yerçekimi ve kuantum fiziğini birleştirme ya da doğadaki mevcut olan tek kuvveti açıklama konusunda da yardımcı olabilir. Çünkü Hawking Işıma Teorisi, hem kuantum mekaniğini hem göreliliği kullanıyor. Yapay bir karadelik ise bunu incelemek için en iyi yol olabilir.
Edinburgh’daki Heriot-Watt Üniversitesi’nden deneysel fizikçi Daniele Faccio bu laboratuvar modeli çalışmasının en sağlam ve kesin delili barındırabileceğini söylemiştir. 2010 yılında Faccio ve arkadaşları Hawking Işıması’nın bir benzerini tespit etmişti ama takım, kabul edilenden daha farklı bir keşif yapmış olduklarını kabul etti. Ancak College Park Maryland Üniversitesi’nden fizikçi Ted Jacobson 1999 yılında bu ışımanın bir türünün laboratuvarda görülebileceğini öne sürmüştü. Sonik deneysel verilerden karadelikler hakkında yeni bakış açıları elde edilmesinin de şimdilik çok çekici göründüğünü belirtti. Jacobson için deneyin önemi aşırı soğuk atomların fiziğini keşfetmekte yatıyor.
British Columbia Üniversitesi’nden teorik fizkçi William Unruh ise “Bu Hawking Işıması’na en çok yaklaştığımız an.” diyor ve bunun her yönüyle heyecan verici ve ilginç bir deneyim olacağına dikkat çekiyor.
Tuğba Yaşar
Marmara Üniversitesi Fizik Bölümü
Kuark Bilim Topluluğu Popüler Bilim Yayın Grubu
Kaynak:
http://www.nature.com/news/hawking-radiation-mimicked-in-the-lab-1.16131
Image: Victor De Schwanberg/SPL
